JP2004170335A

JP2004170335A - 電池電圧検出線の検査方法、検査回路及び電池モジュール

Info

Publication number: JP2004170335A
Application number: JP2002338940A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Tsuru; 憲一朗水流; Akihiko Kudo; 彰彦工藤
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: JP4254209B2

Abstract

【課題】電池電圧検出線の接続状態を正確に検査可能な検査方法を提供する。
【解決手段】単電池の開放電圧値を測定し（Ｓ１０２）、単電池と並列に容量調整用のパイパス抵抗を接続し電流を流したときの電圧値を測定し（Ｓ１０６、１１６、１２６）、開放電圧値と電圧値との差が所定値以上か否かを判断し（Ｓ１０８、１１８、１２８）、所定値以上のときに単電池から導出された電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４の接続状態が異常と判定する（ステップ１１２、１２２、１３２）。電池電圧検出線に微小断線があっても、単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値を用いるので、精度よく接続状態の検査が可能である。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池電圧検出線の検査方法、検査回路及び電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電気自動車等には、二次電池（以下、単電池という。）を必要な電圧に相当する分だけ複数個直列に接続した組電池が使用されている。このような組電池は、複数個の単電池を用いるので、信頼性を確保することが重要である。すなわち、組電池を構成する単電池のうちの何れかが過充電や過放電等によりその機能が低下すると、組電池全体としての機能も低下することになる。また、組電池を構成する各単電池には製造時のバラツキがあり、更に、温度分布が均一でないこと等により、各単電池の充電受入性や放電容量が異なってくる。この状態で組電池を使用すると、過放電、過充電となる単電池が発生し、組電池全体の寿命が短くなってしまう。
【０００３】
このため、電池モジュールでは、各単電池や組電池を制御する制御回路を具備しており、各単電池の電圧を単電池から導出された電池電圧検出線を介して検出して、検出した単電池の電圧に応じて二次電池毎に調整する容量（例えば、電流値と時間との積）をマイクロコンピュータで演算して、単電池に並列に接続された容量調整用抵抗と、容量調整用抵抗に直列に接続されたスイッチと、で構成される容量調整回路のスイッチを演算した所定時間の間オン状態とすることにより単電池と容量調整回路との間で閉回路を構成して、各単電池間の容量を均一に調整している。容量調整回路のスイッチは、例えば、ＦＥＴ等のユニポーラトランジスタやバイポーラトランジスタ等で構成されており、マイクロコンピュータから２値制御のハイレベル信号を出力し、ＦＥＴやトランジスタのゲート又はベースに微少電流を流すことにより、ドレイン・ソース間又はコレクタ・エミッタ間に容量調整電流を流し、抵抗で調整容量分の電力を熱消費させている。
【０００４】
ところで、このような電池電圧検出線の接続状態についての検査は、従来、単電池毎の電池電圧を測定し（例えば、特許文献１参照）、単電池の電圧が検出されることで接続状態の確認をする方法が一般的であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−９２７３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電池電圧検出線の接続検査方法では、組電池が休止状態にあるときに各単電池の開放電圧のみを測定するので、電池電圧検出線が微小断線状態にあると、測定される電池電圧に影響が表れず、電池電圧検出線の接続状態を正常と判断してしまう、という問題があった。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、電池電圧検出線の接続状態を正確に検査可能な検査方法、検査回路、該検査回路を備えた電池モジュールを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、電池電圧検出線の検査方法であって、単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値と、前記単電池の開放電圧値との差が予め定められた所定値以上のとき、前記単電池から導出された電池電圧検出線の接続状態が異常と判定する。本態様では、電池電圧検出線に微小断線があると、単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値が、電池検出線が正常なとき（微小断線がないとき）に比べ異なってくるので、単電池の開放電圧値との差が予め定められた所定値以上となり、電池電圧検出線の接続状態に異常があることを判定することができる。この場合に、抵抗として単電池に並列接続された容量調整用抵抗を用いることが好ましい。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、容量調整用抵抗がスイッチを介して並列接続された単電池を複数個接続して構成される組電池の各単電池から導出される電池電圧検出線の接続状態を検査する検査回路であって、前記単電池の開放電圧値を検出する開放電圧検出手段と、前記スイッチをオン、オフ制御するスイッチ制御手段と、前記スイッチのオン状態での前記単電池の電圧値を検出する電池電圧検出手段と、前記開放電圧検出手段及び前記電池電圧検出手段で検出された開放電圧値及び電圧値の差を演算する電圧差演算手段と、前記電圧差演算手段により演算された差が予め定めれられた所定値以上か否かを判断し、所定値以上のときに前記電池電圧検出線の接続状態が異常と判定する異常判定手段と、を備える。本態様では、開放電圧検出手段により単電池の開放電圧値が検出され、スイッチ制御手段でスイッチがオン状態とされて単電池と容量調整用抵抗が並列接続され、電池電圧検出手段によりスイッチのオン状態での単電池の電圧値、すなわち、単電池と並列に抵抗が接続され電流が流れたときの電圧値が検出される。そして、電圧差演算手段により開放電圧検出手段及び電池電圧検出手段で検出された開放電圧値及び電圧値の差が演算され、異常判定手段により電圧差演算手段で演算された差が予め定めれられた所定値以上か否かが判断され、所定値以上のときに電池電圧検出線の接続状態が異常と判定される。本態様によれば、電池電圧検出線に微小断線があると、電圧差演算手段により演算される、単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値が、電池検出線が正常なときに比べ異なってくるので、異常判定手段により、開放電圧値と電圧値との差が予め定められた所定値以上と判断され、電池電圧検出線の接続状態に異常があると判定される。
【００１０】
更に、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、容量調整用抵抗がスイッチを介して並列接続された単電池を複数個接続して構成される組電池と、前記単電池から導出された電池電圧検出線の接続状態を検査する検査回路とを備えた電池モジュールであって、前記検査回路は、前記単電池の開放電圧値を検出する開放電圧検出手段と、前記スイッチをオン、オフ制御するスイッチ制御手段と、前記スイッチのオン状態での前記単電池の電圧値を検出する電池電圧検出手段と、前記開放電圧検出手段及び前記電池電圧検出手段で検出された開放電圧値及び電圧値の差を演算する電圧差演算手段と、前記電圧差演算手段により演算された差が予め定めれられた所定値以上か否かを判断し、所定値以上のときに前記電池電圧検出線の接続状態が異常と判定する異常判定手段と、を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明が適用可能な電池モジュールの実施の形態について説明する。
【００１２】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の電池モジュール２０は、リチウムイオン二次電池（以下、単電池という。）１、７、１１が３個直列に接続された組電池１５を備えている。単電池１、７、１１には、それぞれ単電池の容量を調整するための容量調整回路２、８、１２が並列に接続されている。
【００１３】
すなわち、単電池１、７、１１の＋端子には電池電圧検出線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して容量調整用のバイパス抵抗３、９、１３の一端が接続されており、バイパス抵抗３、９、１３の他端にはスイッチとして機能するＦＥＴ４、１０、１４のドレインがそれぞれ接続されている。一方、単電池１、７、１１の−端子には電池電圧検出線Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を介してＦＥＴ４、１０、１４のソースがそれぞれ接続されており、ＦＥＴ４、１０、１４のゲートは後述するマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）５の出力ポートに接続されている。従って、マイコン５の出力ポートからＦＥＴのゲートに微弱な２値ハイレベル信号が入力されると（オン状態となると）、ＦＥＴ４、１０、１４のドレイン側（単電池の＋端子側）からソース側（単電池の−端子側）に電流が流れることで、電流がバイパス抵抗３、９、１３により熱消費され単電池１、７、１１毎に容量調整が可能である（以下、ＦＥＴ４、１０、１４をそれらの機能に着目してスイッチ４、１０、１４という。）。
【００１４】
また、電池モジュール２０は、単電池１、７、１１の電圧を単電池毎に測定する開放電圧検出手段及び電池電圧検出手段の一部としての電圧測定回路６、電池モジュール２０を制御し開放電圧検出手段、スイッチ制御手段、電池電圧検出手段、電圧差演算手段及び異常判定手段としてのマイコン５、組電池１５の充放電並びに休止状態を検出して組電池１５の状態をマイコン５に出力する図示を省略した充放電判別部、及び、マイコン５や電圧測定回路６に作動電源を供給する図示を省略した電源部を備えている。
【００１５】
マイコン５は、演算処理を行うＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム及び種々の設定値等を格納したＲＯＭ、ＣＰＵのワークエリアとして働くＲＡＭ、及び電圧測定回路６からのアナログ電圧をデジタル化するＡ／Ｄ変換部を含んで構成されている。また、マイコン５は、上述した各ＦＥＴにハイレベル信号を出力する出力ポートの他に、電圧測定回路６に電圧測定対象の単電池を指定するための単電池指定ポート、電圧測定回路６から指定した単電池の電圧が入力されるＡＤ入力ポート、インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して電池モジュール２０を制御する上位システムとの通信を行うための図示を省略したシリアルポートを有している。
【００１６】
電圧測定回路６は、各単電池の電圧を個別に測定する回路であり、例えば、増幅率１の差動増幅回路等を含む回路により構成することができる。電圧測定回路６の入力側は電池電圧検出線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に接続されており、電圧測定回路６の出力側はマイコン５のＡＤ入力ポートに接続されている。また、電圧測定回路６は、マイコン５から電圧測定対象の単電池の指定を受けるためにマイコン５の単電池指定ポートに接続されている。従って、マイコン５は、単電池指定ポートから電圧測定回路６に電圧測定対象の単電池を指定することで、ＡＤ入力ポートを介して電圧測定回路６から測定対象の単電池の電圧を取り込み、かつ、Ａ／Ｄ変換することで、指定した単電池の電圧値を取得（測定）することが可能である。
【００１７】
なお、図示を省略した充放電判別部は、最上位側の単電池１の＋端子と組電池１５の＋外部出力端子との間に挿入されている。充放電判別部は、例えば、シャント（分路）抵抗やホール素子等により組電池１５を流れる電流方向を検出可能に構成することができ、組電池１５が充電、放電、休止のいずれの状態にあるかをマイコン５へ出力するものである。また、単電池１１の−端子は電池モジュール２０の−外部出力端子に接続されており、電池モジュール２０の＋外部出力端子及び−外部出力端子は充電器又は負荷に接続される。
【００１８】
（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態の電池モジュール２０の動作について説明する。なお、初期状態においてマイコン５に電源が投入されると、ＲＯＭに格納された種々の設定値がＲＡＭに移行され電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４を検査するための電池電圧検出線検査ルーチンが実行可能な状態となり、インターフェースを介して図示しない検査治具から又は上位システムから所定信号を受信すると以下の電池電圧検出線検査ルーチンが実行される。
【００１９】
図２に示すように、電池電圧検出線検査ルーチンでは、まず、ステップ１０２において、単電池１、７、１１の開放電圧値Ｖｂ１、Ｖｃ１、Ｖｄ１を取得（測定）し、ＲＡＭに記憶する。すなわち、単電池指定ポートから電圧測定回路６に電圧測定対象の単電池１を指定し開放電圧値Ｖｂ１を取得してＲＡＭに記憶した後、単電池７を指定し開放電圧値Ｖｃ１を取得してＲＡＭに記憶し、同様に、単電池１１を指定し開放電圧値Ｖｄ１を取得してＲＡＭに記憶する。
【００２０】
次にステップ１０４では、スイッチ４をオン状態（以下、ＯＮと略記する。）、スイッチ１０、１４をオフ状態（ＦＥＴ１０、１４のゲートへの信号がローレベルの状態、以下、ＯＦＦと略記する。）とし、次のステップ１０６でバイパス抵抗３を並列に接続し電流を流したときの単電池１の電圧値Ｖｂ２を取得してＲＡＭに記憶する。次いでステップ１０８において、（Ｖｂ２−Ｖｂ１）の絶対値が予め定められた所定値より小さいか否かを判断する。なお、このような所定値は、電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４の長さ、電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４と単電池１、７、１１との接合方法、バイパス抵抗３、９、１３の値等の影響を考慮し適切な値を設定することが好ましい（本例の場合は、０．８Ｖ）。肯定判断のときは、ステップ１１０で電池電圧検出線Ｌ１及びＬ２に異常がないこと（ＯＫ）をＲＡＭに記憶し、否定判断のときは、ステップ１１２で電池電圧検出線Ｌ１及び／又はＬ２に異常（電池電圧検出線Ｌ１のみ異常、電池電圧検出線Ｌ２のみ異常、又は電池電圧検出線Ｌ１、Ｌ２の双方が異常）があること（ＮＧ）をＲＡＭに記憶する。
【００２１】
次にステップ１１４では、スイッチ１０をＯＮ、スイッチ４、１４をＯＦＦとし、次のステップ１１６でバイパス抵抗９を並列に接続し電流を流したときの単電池７の電圧値Ｖｃ２を取得してＲＡＭに記憶する。次いでステップ１１８において、（Ｖｃ２−Ｖｃ１）の絶対値が所定値より小さいか否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１２０で電池電圧検出線Ｌ２及びＬ３に異常がないことをＲＡＭに記憶し、否定判断のときは、ステップ１２２で電池電圧検出線Ｌ２及び／又はＬ３に異常があることをＲＡＭに記憶する。
【００２２】
次にステップ１２４では、スイッチ１４をＯＮ、スイッチ４、１０をＯＦＦとし、次のステップ１２６でバイパス抵抗１３を並列に接続し電流を流したときの単電池１１の電圧値Ｖｄ２を取得してＲＡＭに記憶する。次いでステップ１２８において、（Ｖｄ２−Ｖｄ１）の絶対値が所定値より小さいか否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１３０で電池電圧検出線Ｌ３及びＬ４に異常がないことをＲＡＭに記憶し、否定判断のときは、ステップ１３２で電池電圧検出線Ｌ３及び／又はＬ４に異常があることをＲＡＭに記憶する。
【００２３】
次のステップ１３４では、すべての電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４が異常がないか否かを判断し、肯定判断のときは、図３のステップ１６８へ進み、否定判断のときは、図３のステップ１３６へ進む。
【００２４】
ステップ１６８では、電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４のすべてに異常がない（ＯＫ）ので、ＯＫを表すデフォルト値を選択してステップ１７０へ進む。一方、ステップ１３６では、スイッチ４、１０をＯＮ、スイッチ１４をＯＦＦとし、次のステップ１３８で単電池１、７の電圧値Ｖｂ３、Ｖｃ３をそれぞれ取得してＲＡＭに記憶する。次いでステップ１４０において、｛（Ｖｂ３＋Ｖｃ３）−（Ｖｂ１＋Ｖｃ１）｝の絶対値が所定値より小さいか否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１４２で電池電圧検出線Ｌ１及びＬ３に異常がないことをＲＡＭに記憶し、否定判断のときは、ステップ１４４で電池電圧検出線Ｌ１及び／又はＬ３に異常があることをＲＡＭに記憶する。
【００２５】
次にステップ１４６では、スイッチ１０、１４をＯＮ、スイッチ４をＯＦＦとし、次のステップ１４８で単電池７、１１の電圧値Ｖｃ４、Ｖｄ３をそれぞれ取得してＲＡＭに記憶する。次いでステップ１５０において、｛（Ｖｃ４＋Ｖｄ３）−（Ｖｃ１＋Ｖｄ１）｝の絶対値が所定値より小さいか否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１５２で電池電圧検出線Ｌ２及びＬ４に異常がないことをＲＡＭに記憶し、否定判断のときは、ステップ１５４で電池電圧検出線Ｌ２及び／又はＬ４に異常があることをＲＡＭに記憶する。
【００２６】
次にステップ１５６では、スイッチ４、１０、１４をＯＮとし、次のステップ１５８で単電池１、７、１１の電圧値Ｖｂ４、Ｖｃ５、Ｖｄ４をそれぞれ取得してＲＡＭに記憶する。次いでステップ１６０において、｛（Ｖｂ４＋Ｖｃ５＋Ｖｄ４）−（Ｖｂ１＋Ｖｃ１＋Ｖｄ１）｝の絶対値が所定値より小さいか否かを判断する。肯定判断のときは、ステップ１６２で電池電圧検出線Ｌ１及びＬ４に異常がないことをＲＡＭに記憶し、否定判断のときは、ステップ１６４で電池電圧検出線Ｌ１及び／又はＬ４に異常があることをＲＡＭに記憶する。
【００２７】
次のステップ１６６では、ステップ１４２、１４４、１５２、１５４、１６２、１６４でＲＡＭに記憶した電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４のうち接続状態が異常な箇所（ＮＧ箇所）を特定し、特定されたＮＧ箇所のデフォルト値を選択してステップ１７０へ進む。ステップ１７０では、選択されたデフォルト値をインターフェースから出力して電池電圧検出線検査ルーチンを終了する。これにより、図示しない検査治具又は上位システムに接続された検査治具のディスプレイには電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４の接続状態が表示される。
【００２８】
（作用等）
本実施形態の電池モジュール２０では、スイッチ３、９、１２をＯＮ、ＯＦＦすることで、組電池１５を構成する特定の単電池に１つずつパイパス抵抗を接続したり、又は、組み合わせることで、単電池１、７、１１から導出された電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４の接続状態を精度よく検査することができる。すなわち、電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４に微小断線があると、単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値が、電池検出線がＯＫのないときに比べ異なってくるので、単電池の開放電圧値との差が予め定められた所定値以上となり、接続状態に異常があることを電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４毎に判定することができる。また、単電池１、７、１１にはバイパス抵抗３、９、１３が並列接続されているので、電池モジュール２０の外部で抵抗を接続することなく、これらのバイパス抵抗を利用して単電池の放電時の電圧値を測定することでより精度の高い電池電圧検出線の接続状態の検査を行うことができる。更に、本実施形態の電池モジュール２０では、電池電圧検出線検査ルーチンを実行可能なプログラムマイコン５に格納すると共に、ハードウエアを電池モジュール２０が有している回路を使用して電池電圧検出線の接続状態を検査するようにしたので、検査治具の負担（回路構成）を小さくすることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、電池モジュール２０内のマイコン５に電池電圧検出線検査ルーチンを実行させるソフトウエアの例を示したが、本発明はこれに制限されず、ＯＰアンプ等を含むハードウエア等で構成するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、電圧測定回路６について単電池の電圧を１つずつ測定する例を示したが、複数の単電池の電圧を一度に測定可能な電圧測定回路を用いるようにしてもよい。
【００３１】
更に、本実施形態では、図４に示したように、電池電圧検出線Ｌ１〜Ｌ４のひとつでも異常が判明すると、正常と判明した電池電圧検出線についても再検査する例を示したが、図３で接続状態が異常の可能性がある電池電圧検出線についてのみ検査を行うようにしてもよい。このようにすれば、接続状態が異常な電池電圧検出線を早く特定することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電池電圧検出線に微小断線があると、単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値が、電池検出線が正常なときに比べ異なってくるので、単電池の開放電圧値との差が予め定められた所定値以上となり、電池電圧検出線の接続状態に異常があることを判定することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の電池モジュールのブロック回路図である。
【図２】マイコンのＣＰＵが実行する電池電圧検出線検査ルーチンその１のフローチャートである。
【図３】マイコンのＣＰＵが実行する電池電圧検出線検査ルーチンその２のフローチャートである。
【符号の説明】
１、７、１１リチウムイオン二次電池（単電池）
３、９、１３バイパス抵抗（抵抗、容量調整用抵抗）
４、１０、１４ＦＥＴ（スイッチ）
５マイコン（開放電圧検出手段、スイッチ制御手段、電池電圧検出手段、電圧差演算手段、異常判定手段）
１５組電池
２０電池モジュール
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４電池電圧検出線

Claims

単電池と並列に抵抗を接続し電流を流したときの電圧値と、前記単電池の開放電圧値との差が予め定められた所定値以上のとき、前記単電池から導出された電池電圧検出線の接続状態が異常と判定することを特徴とする電池電圧検出線の検査方法。
前記抵抗として前記単電池に並列接続された容量調整用抵抗を用いることを特徴とする請求項１に記載の電池電圧検出線の検査方法。
容量調整用抵抗がスイッチを介して並列接続された単電池を複数個接続して構成される組電池の各単電池から導出される電池電圧検出線の接続状態を検査する検査回路であって、
前記単電池の開放電圧値を検出する開放電圧検出手段と、
前記スイッチをオン、オフ制御するスイッチ制御手段と、
前記スイッチのオン状態での前記単電池の電圧値を検出する電池電圧検出手段と、
前記開放電圧検出手段及び前記電池電圧検出手段で検出された開放電圧値及び電圧値の差を演算する電圧差演算手段と、
前記電圧差演算手段により演算された差が予め定めれられた所定値以上か否かを判断し、所定値以上のときに前記電池電圧検出線の接続状態が異常と判定する異常判定手段と、
を備えた検出回路。
容量調整用抵抗がスイッチを介して並列接続された単電池を複数個接続して構成される組電池と、前記単電池から導出された電池電圧検出線の接続状態を検査する検査回路とを備えた電池モジュールであって、前記検査回路は、
前記単電池の開放電圧値を検出する開放電圧検出手段と、
前記スイッチをオン、オフ制御するスイッチ制御手段と、
前記スイッチのオン状態での前記単電池の電圧値を検出する電池電圧検出手段と、
前記開放電圧検出手段及び前記電池電圧検出手段で検出された開放電圧値及び電圧値の差を演算する電圧差演算手段と、
前記電圧差演算手段により演算された差が予め定めれられた所定値以上か否かを判断し、所定値以上のときに前記電池電圧検出線の接続状態が異常と判定する異常判定手段と、
を備えた電池モジュール。